UiO

Dodaj linki
Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

UiO (skrót od norw. Universitetet i Oslo) - rodzina szkieletów metalo-organicznych (MOF-ów) zbudowanych z klastrów cyrkonowych oraz liniowych linkerów dikarboksylowych. Synteza tych materiałów została po raz pierwszy opisana w roku 2008.[1] UiO znane są ze swojej stabilności chemicznej i wysokiej jak na MOF-y odporności na wodę.[1]

Budowa i nazewnictwo[edytuj | edytuj kod]

Fragment struktury kryształu UiO-68. Atomy wodoru pominięto dla przejrzystości rysunku.

MOF-y UiO zbudowane są z klastrów zawierających jony Zr4+, O2- i OH-, które połączone są linkerami dikarboksylowymi tworząc trójwymiarową sieć zawierającą pory w kształcie oktaedrycznym i tetraedrycznym. W idealnym krysztale każdy klaster jest połączony z dwunastoma linkerami. Jako linkery mogą być wykorzystane cząsteczki o różnej długości, co uwzględnia się w nazwie takiego materiału. MOF-y UiO otrzymane z kwasu tereftalowego (1,4-benzenodikarboksylowego) oznaczane są symbolem UiO-66, z dłuższego kwasu 4,4′-bifenylodikarboksylowego UiO-67, a z kwasu 4,4′′-terfenylodikarboksylowego UiO-68.[1] Obecność dodatkowych grup funkcyjnych również zaznacza się modyfikując odpowiednio nazwę, na przykład materiał otrzymany z kwasu 2-aminotereftalowego oznaczamy jako UiO-66-NH2, z kwasu 2-bromotereftalowego UiO-66-Br itd.[2]

Do tej pory najszerzej badane są UiO-66 oraz jego pochodne, ponieważ odpowiednie linkery konieczne do ich syntezy są powszechnie dostępnymi i tanimi odczynnikami.

Synteza[edytuj | edytuj kod]

MOF-y UiO otrzymuje się metodą solwotermalną w reakcji nieorganicznej soli cyrkonu (chlorek cyrkonu lub chlorek cyrkonylu) z organicznym linkerem w dimetyloformamidzie, najczęściej w temperaturze 120°C.[1][3][4][5] Żeby w wyniku takiej reakcji otrzymać dobrze wykształcone kryształy często konieczne jest zastosowanie modulatorów, czyli substancji które, tak samo jak linker, mogą tworzyć wiązania koordynacyjne z klastrami, jednak nie mogą tworzyć polimeru koordynacyjnego. Cząsteczki modulatora odpowiedzialne są za rozrywanie tworzących się w trakcie syntezy wiązań między klastrami a linkerami, dzięki czemu możliwa jest korekcja powstających w trakcie syntezy defektów. Jako modulatory najczęściej stosuje się kwas octowy i kwas benzoesowy, czyli substancje zawierające w swojej strukturze tylko jedną grupę karboksylową.[6] Opisane są także przykłady użycia jako modulatorów kwasów nieorganicznych, tj. kwas solny[7].

Defekty[edytuj | edytuj kod]

Cechą wspólną MOF-ów UiO jest występowanie w ich strukturze defektów spowodowanych nieprawidłowym stosunkiem ilości linkerów do klastrów. Zazwyczaj obserwuje się defekty wynikające z obniżonej ilości linkerów[8]. Defekty powodują obniżenie stabilności materiału, co związane jest z zapadaniem się porów. Aby zapobiec powstawaniu dużej ilości defektów w UiO, stosuje się wysoką temperaturę syntezy (najczęściej 120°C)[9]. Tego typu warunki są ograniczeniem dla bezpośredniej syntezy MOF-ów UiO zawierających w swojej strukturze wrażliwe chemicznie grupy funkcyjne (tj. grupy aldehydowe).

Zdarza się jednak tak, że defekty w strukturze UiO dają także możliwość ciekawego wykorzystania tych MOF-ów. Przykładowo możliwa jest katalityczna aktywność niewysyconych koordynacyjnie klastrów[10][11][12].

Post-syntetyczna modyfikacja[edytuj | edytuj kod]

MOF-y UiO mogą być post-syntetycznie modyfikowane w szerokim zakresie. W roku 2012 ukazała się praca opisująca wymianę jonów Zr4+ budujących klastry w UiO-66 na jony Ti4+ i Hf4+, które wykazują podobne do Zr4+ preferencje koordynacyjne.[13] W tym samym roku opisano wymianę linkerów aminotereftalowych budujących UiO-66-NH2 na bromotereftalowe i odwrotnie.[2] Dużo uwagi poświęcono kowalencyjnej modyfikacji UiO-66-NH2, który może reagować z chlorkami acylowymi, bezwodnikami kwasowymi, aldehydami i innymi związkami.[3][4][14][15] Kowalencyjna modyfikacja UiO jest stosowana głównie w celu nadania mu nowych właściwości katalitycznych.[16][17][18][19]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. ↑ a b c d Jasmina Hafizovic Cavka i inni, A New Zirconium Inorganic Building Brick Forming Metal Organic Frameworks with Exceptional Stability, „Journal of the American Chemical Society”, 130 (42), 2008, s. 13850–13851, DOI: 10.1021/ja8057953, ISSN 0002-7863 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  2. ↑ a b Min Kim i inni, Postsynthetic ligand exchange as a route to functionalization of ‘inert’ metal–organic frameworks, „Chem. Sci.”, 3 (1), 2012, s. 126–130, DOI: 10.1039/C1SC00394A, ISSN 2041-6520 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  3. ↑ a b Henrik Hintz, Stefan Wuttke, Solvent-Free and Time Efficient Postsynthetic Modification of Amino-Tagged Metal–Organic Frameworks with Carboxylic Acid Derivatives, „Chemistry of Materials”, 26 (23), 2014, s. 6722–6728, DOI: 10.1021/cm502920f, ISSN 0897-4756 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  4. ↑ a b Sergio J. Garibay, Seth M. Cohen, Isoreticular synthesis and modification of frameworks with the UiO-66 topology, „Chemical Communications”, 46 (41), 2010, s. 7700, DOI: 10.1039/c0cc02990d, ISSN 1359-7345, PMID: 20871917, PMCID: PMC3581306 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  5. ↑ Shuai Yuan i inni, Stability Trend of Metal–Organic Frameworks with Heterometal-Modified Hexanuclear Zr Building Units, „The Journal of Physical Chemistry C”, 123 (46), 2019, s. 28266–28274, DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b08749, ISSN 1932-7447 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  6. ↑ Andreas Schaate i inni, Modulated Synthesis of Zr-Based Metal-Organic Frameworks: From Nano to Single Crystals, „Chemistry - A European Journal”, 17 (24), 2011, s. 6643–6651, DOI: 10.1002/chem.201003211 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  7. ↑ Xia Chen i inni, An efficient modulated synthesis of zirconium metal–organic framework UiO-66, „RSC Advances”, 12 (10), 2022, s. 6083–6092, DOI: 10.1039/D1RA07848H, ISSN 2046-2069, PMID: 35424546, PMCID: PMC8981973 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  8. ↑ Greig C. Shearer i inni, Defect Engineering: Tuning the Porosity and Composition of the Metal–Organic Framework UiO-66 via Modulated Synthesis, „Chemistry of Materials”, 28 (11), 2016, s. 3749–3761, DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b00602, ISSN 0897-4756 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  9. ↑ Greig C. Shearer i inni, Tuned to Perfection: Ironing Out the Defects in Metal–Organic Framework UiO-66, „Chemistry of Materials”, 26 (14), 2014, s. 4068–4071, DOI: 10.1021/cm501859p, ISSN 0897-4756 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  10. ↑ Xiao Feng i inni, Generating Catalytic Sites in UiO-66 through Defect Engineering, „ACS Applied Materials & Interfaces”, 13 (51), 2021, s. 60715–60735, DOI: 10.1021/acsami.1c13525, ISSN 1944-8244 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  11. ↑ F.G. Cirujano, F.X. Llabrés i Xamena, Tuning the Catalytic Properties of UiO-66 Metal–Organic Frameworks: From Lewis to Defect-Induced Brønsted Acidity, „The Journal of Physical Chemistry Letters”, 11 (12), 2020, s. 4879–4890, DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c00984, ISSN 1948-7185 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  12. ↑ Wenlong Xiang i inni, The metal–organic framework UiO-66 with missing-linker defects: A highly active catalyst for carbon dioxide cycloaddition, „Applied Energy”, 277, 2020, s. 115560, DOI: 10.1016/j.apenergy.2020.115560, ISSN 0306-2619 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  13. ↑ Min Kim i inni, Postsynthetic Ligand and Cation Exchange in Robust Metal–Organic Frameworks, „Journal of the American Chemical Society”, 134 (43), 2012, s. 18082–18088, DOI: 10.1021/ja3079219, ISSN 0002-7863 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  14. ↑ Luis Garzón-Tovar i inni, Spray Drying for Making Covalent Chemistry: Postsynthetic Modification of Metal–Organic Frameworks, „Journal of the American Chemical Society”, 139 (2), 2017, s. 897–903, DOI: 10.1021/jacs.6b11240, ISSN 0002-7863 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  15. ↑ Zhian Sun i inni, A restricted access molecularly imprinted polymer coating on metal–organic frameworks for solid-phase extraction of ofloxacin and enrofloxacin from bovine serum, „RSC Advances”, 9 (48), 2019, s. 27953–27960, DOI: 10.1039/C9RA04143E, ISSN 2046-2069 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  16. ↑ A.M. Rasero-Almansa i inni, Design of a Bifunctional Ir-Zr Based Metal-Organic Framework Heterogeneous Catalyst for the N-Alkylation of Amines with Alcohols, „ChemCatChem”, 6 (6), 2014, s. 1794–1800, DOI: 10.1002/cctc.201402101 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  17. ↑ Moones Pourkhosravani i inni, Designing new catalytic nanoreactors for the regioselective epoxidation of geraniol by the post-synthetic immobilization of oxovanadium(IV) complexes on a ZrIV-based metal–organic framework, „Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis”, 122 (2), 2017, s. 961–981, DOI: 10.1007/s11144-017-1253-4, ISSN 1878-5190 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  18. ↑ Antonia M. Rasero-Almansa i inni, One-Pot Multifunctional Catalysis with NNN-Pincer Zr-MOF: Zr Base Catalyzed Condensation with Rh-Catalyzed Hydrogenation, „ChemCatChem”, 5 (10), 2013, s. 3092–3100, DOI: 10.1002/cctc.201300371 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
  19. ↑ Mercedes Pintado-Sierra i inni, Bifunctional iridium-(2-aminoterephthalate)–Zr-MOF chemoselective catalyst for the synthesis of secondary amines by one-pot three-step cascade reaction, „Journal of Catalysis”, 299, 2013, s. 137–145, DOI: 10.1016/j.jcat.2012.12.004 [dostęp 2022-04-24] (ang.).
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=UiO&oldid=67029124”